Устройство для измерения амплитуды синусоидального напряжения низкой частоты

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ АМПЛИТУДЫ СИНУСОИДАЛЬНОГО НАПРЯЖЕНИЯ НИЗКОЙ ЧАСТОТЫ, содержащее компаратор , первый вход которого соединен с входной клеммой устройства, а эторой - с источником нулевого потенциала , первый и второй реверсивные счетчики, элемент сравнения, аналого-цифровой преобразователь, вход которого соединен с входной клеммой устройства, и генератор импульсов, отличающееся тем, что с целью повьппения точности измер-ения при наличии в измеряемом напряжении постоянной составляющей и обеспечения возможности определения наличия постоянной составляющей и ее знака в измеряемом напряжении , в него введены счетньм триггер, логический элемент НЕ, четыре логических элемента И, логический элемент ИЛИ, первый и второй элементы задержки, сумматор, первый и второй регистры, блок индикации , причем выход компаратора соединен с первым входом первого логического элемента И, входами логического элемента НЕ и счетного триггера, выход которого соединен tSfc СК- :- Я(, . (У и. с входом генератора импульсов и управляюпщми входами первого и второго реверсивных счетчиков, счетный вход последнегЪ соединен с выходом второго логического элемента И, первый вход которого соединен с выходом логического элемента НЕ, выход генератора импульсов соеди .нен с вторыми входами второго и первого логических элементов И, выход последнего соединен с информационным входом первого реверсивного счетчика, вьгход которого со& .динен с входом первого элемента заi держки и первым входом логического элемента ИЛИ, выход логического эле (Л мента ИЛИ соединен с входом запуска аналого-цифрового преобразователя , выход KOTOpoi o соединен с. первым входом сумматора, выход сумматора соединен с первыми входами четвертого и третьего элементов И, второй вход последнего соединен с вывыходом первого элемента задержки, а выход - с входом первого регистра, 00 Од выход которого соединен с первым входом блока индикации, первым входом элемента сравнения и вторым входом 4 сумматора, выход второго реверсивного счетчика соединен с вторым входом логического элемента ИЛИ и . входом второго элемента задержки, выход которого соединен с вторым входам четвертого элемента И, выход четвертого элемента И соединен с входом второго регистра,выход второго регистра соединен с вторымвходом блока индикации и вторым входом элемента сравнения ,выход которого соединен с третьим входом блока индикации.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (Я)4 С 01 R 19 04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3502061/18-21 (22) 16.09.82 (46) 30.07.85. Бюл. Р- 28 (72) А.М. Елисеенко и В.В.Пономарев (71) Институт кибернетики АН АЗССР (53) 621.3 17 ° 725(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

9 181731, кл. G 01, R 19/04, 1966.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 181520, кл. G 01 R 19/04, 1980. (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

АМПЛИТУДЫ СИНУСОИДАЛЬНОГО НАПРЯЖЕНИЯ

НИЗКОЙ ЧАСТОТЫ, содержащее компаратор, первый вход которого соединен с входной клеммой устройства, а вто- рой — с источником нулевого потенциала, первый и второй реверсивные счетчики, элемент сравнения, аналого-цифровой преобразователь, вход которого соединен с входной клеммой устройства, и генератор импульсов, о т л и ч. а ю щ е е с я тем, что с целью повьппения точности измерения при наличии в измеряемом напряжении постоянной составляющей и обеспечения возможности определения наличия постоянной составляющей и ее знака в измеряемом напряжении, в него введены счетный триггер, логический элемент НЕ, четыре логических элемента И, логический элемент ИЛИ, первый и второй элементы задержки, сумматор, первый и второй регистры, блок индикации, причем выхбд компаратора соединен с первым входом первого логического элемента И, входами логического элемента НЕ и счетного триггера, выход которого соединен

„„SU„„1170364 A с входом генератора импульсов и управляющими входами первого и второго реверсивных счетчиков, счетный вход последнего соединен с выходом второго логического элемента И, первый вход которого соединен с выходом логического элемента НЕ, выход генератора импульсов соеди.нен с вторыми входами второго и первого логических элементов И, . выход последнего соединен с информационным входом первого реверсивного счетчика, выход которого соединен с входом первого элемента задержки и первым входом логического элемента ИЛИ, выход логического элемента ИЛИ соединен с входом запуска аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен с первым входом сумматора, выход сумматора соединен с первыми входами четвертого и третьего элементов И, второй вход последнего соединен с вывыходом первого элемента задержки, а выход — с входом первого регистра, выход которого соединен с первым входом блока индикации, первым входом элемента сравнения и вторым входом сумматора, выход второго реверсивного счетчика соединен с вторым входом логического элемента ИЛИ и входом второго элемента задержки, выход которого соединен с вторым входом четвертого элемента И, выход четвертого элемента И соединен с входом второго регистра, выход второго регистра соединен с вторымвходом блока индикации и вторымвходом элемента сравнения,выход которого соединен с третьим входом блока индикации.

1i 70364

Изобретение относится к цифровой измерительной технике и может, быть использовано для измерения амплитуды синусоидального напряжения низкой частоты. 5

Известно устройство для измерения амплитуды синусаидального напряжения низкой частоты, содер- жащее вольтметр, вход которого через ключ подключен к входу устройства, соединенному также с входом нуль-органа„ первый выход которого подключен к входу генератора импульсов, выход которого подключен к счетному входу реверсивного счетчика, >S управляющий вход которого подключен к второму выходу нуль-органа, а вы— ход — к управляющему входу ключа $1j.

Недостатком данного устройства является невысокая точность изме- 20 рения амплитуды синусоидального напряжения низкой частоты при наличии постоянной составляющей напряжения, а также невозможность определения ее наличия в измеряемом напряжении. 25

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для измерения амплитуды синусоидальнога напряжения низкой частоты, содержащее компаратор, пер- Зр вый вход которого соединен с входной клеммой устройства и входом аналогоцифрового преобразователя, второй вход — с источником нулевого потенциала, а выход — с управляющими входами первого и второго реверсивных счетчиков, выходы которых соединены с входами элемента сравнения, выход которого подключен к управляющему входу запуска аналого-цифрового преобразователя, выход которого подключен к выходной клемме устройства, генератор импульсов, выход которого подключен к входу первого счетчика и через делитель частоты 4 на два — к входу второго счетчиЕ 3

Недостатком данного устройства является невысокая точность измерения амплитуды синусоидального напряжения низкой частоты при наличии постоянной составляющей напряжения, а также невозможность определения ее наличия в измеряемом напряжении.

Цель изобретения — повьппение точности измерения при наличии в измеряемом напряжении постоянной составляющей и обеспечение возможности определения наличия постоянной составляющей и ее знака в измеряемом напряжении.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения амплитуды синусоидального напряжения низкой частоты, содержащее компаратор, первый вход которого соединен с входной клеммой устройства, а второй — с источником нулевого потенциала, первый и второй реверсивные счетчики, элемент сравнения, аналого-цифровой преобразователь, вход которого соединен с входной клеммой устройства, и генератор импульсов, введены счетный триггер, логический элемент НЕ, четыре логических элемента И, логический элемент ИЛИ, первый и второй элементы задержки, сумматор, первый и второй регистры и блок индикации, причем выход компаратора соединен с первым входом первого логического элемента И, входами логического элемента НЕ и счетного триггера, выход которого соединен с входом генератора импульсов и управляющими входами первого и второго реверсивных счетчиков, счетный вход последнего соединен с выходом второго логического элемента И, первый вход которого соединен с выходом логического элемента НЕ, выход генератора импульсов соединен с вторыми входами второго и первого логических зла ментов И, выход последнего соединен с информационным входом первого реверсивного счетчика, выход которога соединен с входом первого элемента задержки.и первым входом логического элемента ИЛИ, выход логического элемента ИЛИ соединен с входом запуска аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен с первым входом сумматора, выход сумматора соединен с первыми входами четвертого и третьего элементов И, второй вход последнего соединен с выходом первого элемента задержки, а выход — с входом первого регистра, выход которого соединен с первым входом блока индикации, первым входом элемента сравнения и вторым входом сумматора, выход второго реверсивного счетчика соединен с вторым входом логического элемента ИЛИ и входом второго элемента aa? . r

1170364 4 преобразователь 12. На другой вход компаратора 1 поступает нулевой потенциал. В момент перехода U „ через нуль напряжение на выходе комйара- а тора U изменяется: :во время положи1 тельной части синусоиды U равно напряжению " 1", а во время отрицательной части синусоиды — напряжению "0".

Импульсы с выхода компаратора 1 пос!

О тупают на вход счетного триггера 2, состояние которого изменяется по фронту импульсов Ут. Следовательно, в течение первого и последующих нечетных периодов входного напряжения

15 БВхнапряжение 02 íà выходе счетного трйггера равно йапряжению "1", а в течение второго и последующих четных периодов — напряжению "0". Напряжение "1", поступая на управляющие входы реверсивных счетчиков 7 и

8, подготавливает их для сложения импульсов, поступающих на их счетные входы, поступая на вход генератора 4, включает в нем делитель25 ный каскад, так что импульсы с об разцовой частотой f во время первой (и последующих нечетных) положительной части синусоиды напряжением U4 с выхода компаратора пропускаются через логический элемент И 5 на счетный вход реверсивного счетчика 7. держки, выход которого соединен с вторым входом четвертого элемента И, выход четвертого элемента И соеди,нен с входом второго регистра, выход второго регистра соединен с вторым входом блока индикации и вторым входом элемента сравнения, выход которого соединен с третьим входом блока индикации.

На фиг. 1 приведена структурная электрическая схема устройства, на фиг. 2 — временные диаграммы его работы.

Устройство содержит кампаратор

1, первый вход которого соединен с входной клеммой устройства, второй вход — с источником нулевого потенциала, а выход — с входом счетного триггера 2 и входом элемента НЕ

3, генератор 4 импульсов, вход которого соединен с выходом триггера 2, а выход — с вторыми входами лсгических элементов И 5 и 6, выходы которых соединены соответственно со счетными входами реверсивных счетчиков 7 и 8, выходы переносов которых соединены с входами логического элемента ИЛИ 9, вход триггера 2 соеди- нен с первым входом элемента И 5, s выход — с управляющими входами счетчиков 7 и 8, выход элемента НЕ

3 соединен с -первым входом элемента

И б, выходы переносов счетчиков 7 и 8 соединены соответственно с входами элементов 10 и 11 задержки ана35 лого-цифровой преобразователь (АЦП)

12, вход которого соединен с входной клеммой устройства, вход запуска вЂ, с выходом элемента ИЛИ 9, а выход - с первым входом сумматора 13 4О выход которбго соединен с первыми входами логических элементов И 14 и 15, вторые входы которых соединены

:соответственно с выходами элементов 10 и 11 задержки, а выходы — с входами регистров 16 и 17, выход регистра 16 соединен с вторым входом сумматора 13, первым входом блока 18 индикации, к второму входу которого подключен выход регистра 17, и пер- вым входом элемента 19 сравнения, .к второму входу которого подключен выход регистра 17, а к выходу — третий вход блока 18 индикации.

Устройство работает следующим 55 образом.

Измеряемое напряжение U поступает вх на компаратор 1 и аналого-цифровой

Во время первой (и последующих нечетных) отрицательной части синусоиды напряжением U с выхода логического элемента ЙЕ 3 импульсы с частотой f пропускаются через логический элемент И 6 на счетный вход реверсивного счетчика 8. Во втором периоде входного напряжения в момент перехода через нуль возрастающего U „ oHToM U счетный триггер 2 переключается так, что на его выходе устанавливается напряжение "0", которое настраивает реверсивные счетчики 7 и 8 на вычитание, а в генераторе 4 отключает делительный каскад, так что на счетный вход реверсивного счетчика 7 во время четных положительных, а на счетный вход реверсивного счетчика

8 во время четных отрицательных частей синусоиды поступают импульсы с частотой 2f которые вычитаются из записанных там чисел, пропорцио- нальных длительностям соответственно положительной и отрицательной частей предыдущего периода синусоиды.

Ввиду того, что вычитание производится с вдвое большей частотой, а форма положительной и отрицательной частей синусоидь1 симметрична относительно своих максимумов, обнуление реверсивных счетчиков происходит в моменты времени., соответствующие серединам положительной и отрица:тельной частей синусоиды, когда входное напряжение достигает экстремальных значений U и Ц . В эти моменты на выходах перейосов реверсивных счетчиков 7 и 8 формируются импульсы через логический эле мент ИЛИ 9, запускающие АЦП 12. Первый из них (с выхода реверсивного счетчика 7) запускает АЦП 12 B момент., когда напряжение Бвх на его ин. формационном входе достигает экстре- 20 мального значения Uq, Двоичный код напряжения U „ñ выхода АЦП 12 поступает на сумматор 13, где складывается с нулем, поскольку на другой вход сумматора поступает 25 информация с предварительно обнуленного регистра 16. Импульс с реверсивного счетчика 7 через элемент 10 задержки поступает на логический элемент И 14, разрешая запись в 30 регистр 16 двоичного кода напряжения

U< . Импульс с выхода реверсивного счетчика 8 запускает АЦП 12 в момент, когда напряжение U íà его информаох ционном входе достигает экстремального значения U Двоичный код напряжения U с выхода АЦП 12 склад дывается на сумматоре с кодом U хранящимся на регистре 16. Полученная сумча U + U тем же импульсом А0

М М с реверсивного счетчика 8 через время ь, равное задержке распространения сигнала через элемент 11 задержки, пропускается через логический элемент И 15 для запоминания íà регистре 17. Для того, чтобы в регистре 17 получить амплитудное значение переменной составляющей синусоидального сигнала равное — ред 50 1,и м

2 ча информации из сумматбра 13 в регистр 17 производится со сдвигом на 1 разряд в сторону младших разрядов кода, что эквивалентно делению полученной суммы на два. Для Нор- мального функционирования устройства длительность задержки распространения сигналов через элементы 10 и 11 задержки должны быть не менее суммарного времени преобразования сигнала аналого-цифровым преобразователем 12 и задержки распространения сигнала через логический элемент ИЛИ

9 и сумматор 13 ° Кроме того, перед каждым измерением реверсивные счетчики 7 и 8, регистр 16 и счетный триггер 2 должны быть обнулены. Для определения наличия пес:.о.íêoé составляющей и ее знака информация с регистров 16 и 17 подается на элемент

19 сравнения. Если содержимое регистров равно по величине, то постоянная составляющая отсутствует. Если содержимое регистра 16 0 1„больше содержимого регистра 17 " 1 то

U +Lr

2 постоянная составляющая отрицательна, если же содержимое регистра 16 меньше содержимого регистра 17, то постоянная составляющая положительна.

Регистры 16 и 17, а также эл@чент

19 сравнения связаны с блоком индикации для визуального наблюдения за амплитудой синусоидального напряжения, амплитудой положительной части синусоиды и результатом их сравнения. Величина постоянной составляющей может быть определена как разность показаний регистров

16 и 17.

Устройство позволяет повысить точность измерения амплитуды синусоидального напряжения при наличии в измеряемом напряжении постоянной составляющей, а также определять факт наличия и знак постоянной составляющей в измеряемом напряжении.

1170364

3)703б4

Составитель С. Рыбин

Редактор И. Рыбченко Техред М.Кузьма

Корректор, И. Демчик

Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 4699/41 Тираж 748

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5